(57)【要約】【課題】ヒートポンプユニットにて加熱される加熱対象流体の異常な圧力上昇を抑制する。【解決手段】ヒートポンプユニットにて加熱される給湯水（加熱対象流体）が流通する給湯水通路４２の入口ジョイント４３ａに、給湯水通路４２によって形成される水循環回路４０内の圧力が所定圧力以上となった際に破断する蓋部材（破断板）４５を配置する。これにより、水循環回路４０内の圧力が所定圧力以上となった際に蓋部材４５を破断させ、水循環回路４０内の圧力を外部へ逃がすことができる。【選択図】図３
2013221701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象流体を流入させる流体入口部（４３ａ）が形成された入口配管（４２ａ）と、
前記流体入口部（４３ａ）から流入した前記加熱対象流体を流出させる流体出口部（４３ｂ）が形成された出口配管（４２ｂ）と、
前記流体入口部（４３ａ）から流入した前記加熱対象流体を前記流体出口部（４３ｂ）側へ圧送する流体ポンプ（４４）と、
前記流体入口部（４３ａ）から流入した前記加熱対象流体をヒートポンプサイクル（３１）の高圧冷媒と熱交換させて加熱する流体−冷媒熱交換器（３３）とを備え、
前記流体入口部（４３ａ）および前記流体出口部（４３ｂ）の少なくとも一方には、前記流体入口部（４３ａ）から前記流体出口部（４３ｂ）へ至る流体通路（４２）内の前記加熱対象流体の圧力が予め定めた所定圧力以上となった際に、前記加熱対象流体の圧力を前記流体通路（４２）の外部へ逃がす圧力逃がし部（４５、４７）が設けられていることを特徴とするヒートポンプユニット。
【請求項２】
前記流体−冷媒熱交換器（３３）および前記流体ポンプ（４４）を収容する筐体を備え、
前記流体入口部（４３ａ）および前記流体出口部（４３ｂ）は、前記筐体の外部に配置されており、
前記圧力逃がし部（４５、４７）は、前記筐体の外部から目視可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプユニット。
【請求項３】
前記圧力逃がし部は、前記加熱対象流体の圧力が予め定めた所定圧力以上となった際に破断する破断板（４５）で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプユニット。
【請求項４】
前記圧力逃がし部は、前記加熱対象流体の圧力が予め定めた所定圧力以上となった際に開くリリーフ弁（４７）で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプユニット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載されたヒートポンプユニットを備えることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクルの構成機器を一体化したヒートポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプサイクルにて加熱対象流体である給湯水を加熱し、加熱された給湯水を貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式給湯機が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ヒートポンプサイクルの構成機器等を１つの筐体に収容して一体化したヒートポンプユニット、および貯湯タンク等を別の１つの筐体に収容して一体化したタンクユニットを有し、それぞれのユニットの給湯水通路（流体通路）同士を接続して構成されたヒートポンプ式給湯機が開示されている。
【０００４】
このように、ヒートポンプユニットおよびタンクユニットの給湯水通路同士を接続して構成されるヒートポンプ式給湯機は、それぞれのユニットに分割して一方のユニットのみを交換できる点や、それぞれのユニットを個別に搬送および設置できる点等で、メンテナンス性に優れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５６９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１のヒートポンプ式給湯機では、それぞれのユニットの給湯水通路同士を接続することによって、ヒートポンプサイクルの水−冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で給湯水を循環させる水循環回路を形成している。そのため、それぞれのユニットに分割するために、給湯水通路同士の接続を解除すると、水循環通路内あるいは貯湯タンク内に残存している給湯水が外部へ漏れ出てしまうおそれがある。
【０００７】
これを回避するため、一般的なタンクユニットには、水循環回路を閉塞させる止水バルブが配置されている。そして、いずれか一方のユニットを交換する際等には、止水バルブを閉じた状態でそれぞれのユニットを分割するようにして、貯湯タンク内の給湯水が大量に外部へ漏れ出てしまうことを抑制している。
【０００８】
しかしながら、いずれか一方のユニットの交換作業の完了後等に、作業者が止水バルブを開け忘れ、止水バルブを閉じたままヒートポンプサイクルを作動させてしまうと、水循環回路内の給湯水の温度上昇に伴って、水循環回路内の給湯水の圧力が異常に上昇してしまう。そして、給湯水の圧力が、水循環回路に配置された水ポンプや水−冷媒熱交換器等の耐圧を超えてしまうと、これらの機器が破損してしまう点で問題となる。
【０００９】
上記点に鑑み、本発明は、ヒートポンプユニットにて加熱される加熱対象流体の異常な圧力上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、加熱対象流体を流入させる流体入口部（４３ａ）が形成された入口配管（４２ａ）と、流体入口部（４３ａ）から流入した加熱対象流体を流出させる流体出口部（４３ｂ）が形成された出口配管（４２ｂ）と、流体入口部（４３ａ）から流入した加熱対象流体を流体出口部（４３ｂ）側へ圧送する流体ポンプ（４４）と、流体入口部（４３ａ）から流入した前記加熱対象流体をヒートポンプサイクル（３１）の高圧冷媒と熱交換させて加熱する流体−冷媒熱交換器（３３）とを備え、
流体入口部（４３ａ）および流体出口部（４３ｂ）の少なくとも一方には、流体入口部（４３ａ）から流体出口部（４３ｂ）へ至る流体通路（４２）内の加熱対象流体の圧力が予め定めた所定圧力以上となった際に、加熱対象流体の圧力を流体通路（４２）の外部へ逃がす圧力逃がし部（４５、４７）が設けられているヒートポンプユニットを特徴としている。
【００１１】
これによれば、流体通路（４２）の流体入口部（４３ａ）および流体出口部（４３ｂ）の少なくとも一方に、圧力逃がし部（４５、４７）が設けられているので、加熱対象流体の異常な圧力上昇を抑制することができる。その結果、流体−冷媒熱交換器（３３）や流体ポンプ（４４）の破損を防止できる。また、圧力逃がし部（４５、４７）を外部から目視可能に配置しておくことで、ヒートポンプユニットの流体通路（４２）内の加熱対象流体の圧力が上昇したことを容易に確認することができる。
【００１２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【図２】第１実施形態のヒートポンプユニットの外観図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】第２実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０は、図１に示すように、貯湯タンク２１等を一体的に構成したタンクユニット２０、およびヒートポンプサイクル３１の構成機器等を一体的に構成したヒートポンプユニット３０を有し、それぞれのユニット２０、３０を室外に近接配置し、それぞれのユニットの給湯水通路（流体通路）４１、４２同士を接続して構成されている。
【００１５】
まず、タンクユニット２０は、図１の破線で示すように、貯湯タンク２１、貯湯タンク２１に接続された給湯水配管（入口配管４１ａ、出口配管４１ｂ）等を１つの金属製の筐体内に収容して一体化したである。貯湯タンク２１は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成され、その外周を断熱材で覆う断熱構造あるいは二重タンクによる真空断熱構造等を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。
【００１６】
貯湯タンク２１に貯留された給湯水は、貯湯タンク２１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁にて水道からの冷水と混合されて温度調節された後、室内の調理場や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク２１の下部に設けられた給水口からは水道水が給水される。これにより、貯湯タンク２１内には予め定めた所定量の給湯水が貯留されるようになっている。
【００１７】
タンクユニット２０側の給湯水通路４１は、貯湯タンク２１の上部に設けられたタンク入口２１ａに接続された入口配管４１ａ、貯湯タンク２１の下部に設けられたタンク出口２１ｂに接続された出口配管４１ｂ等によって構成される。つまり、タンクユニット２０側の給湯水通路４１は、入口配管４１ａから流入した給湯水をタンク入口２１ａを介して貯湯タンク２１の上方側へ流入させ、貯湯タンク２１の下方側の給湯水をタンク出口２１ｂを介して出口配管４１ｂから流出させる流体通路である。
【００１８】
さらに、タンクユニット２０側の給湯水通路４１は、ヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２に接続されることによって、後述するヒートポンプサイクル３１の水−冷媒熱交換器３３と貯湯タンク２１との間で給湯水を循環させる水循環回路４０を形成する。なお、この水循環回路４０については後述する。
【００１９】
また、入口配管４１ａおよび出口配管４１ｂには、それぞれ水循環回路４０を閉塞させる止水バルブ２１ｃ、２１ｄが配置されている。これらの止水バルブ２１ｃ、２１ｄは、タンクユニット２０側の給湯水通路４１とヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２との接続が解除された際に、水循環回路４０あるいは貯湯タンク２１内に残存している給湯水が外部へ漏れ出てしまうことを回避するために設けられた手動式の開閉弁である。
【００２０】
次に、ヒートポンプユニット３０は、図１の一点鎖線で示すように、ヒートポンプサイクル３１の各構成機器、給湯水配管４２ａ、４２ｂおよび水ポンプ４４等を１つの筐体内に収容して一体化したものである。ヒートポンプサイクル３１は、圧縮機３２、水−冷媒熱交換器３３、電気式膨張弁３４、蒸発器３５、アキュムレータ３６を順次配管で接続することによって構成された蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。
【００２１】
本実施形態のヒートポンプサイクル３１では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機３２の吐出口から電気式膨張弁３４の入口へ至るサイクルの高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。また、冷媒には圧縮機３２を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油は冷媒とともにサイクルを循環している。
【００２２】
圧縮機３２は、ヒートポンプサイクル３１において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機である。なお、圧縮機３２の電動モータの回転数（すなわち、圧縮機３２の冷媒吐出能力）は、制御装置から出力される制御信号によって制御される。
【００２３】
圧縮機３２の冷媒吐出口には、水−冷媒熱交換器３３の冷媒通路３３ａ入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器３３は、圧縮機３２から吐出された高圧冷媒が通過する冷媒通路３３ａと給湯水が通過する水通路３３ｂとを有し、圧縮機３２から吐出された高圧冷媒と給湯水とを熱交換させて、給湯水を加熱する流体−冷媒熱交換器である。従って、本実施形態のヒートポンプユニット３０における加熱対象流体は給湯水である。
【００２４】
水−冷媒熱交換器３３の冷媒通路３３ａの出口側には、電気式膨張弁３４の入口側が接続されている。電気式膨張弁３４は冷媒通路３３ａから流出した冷媒を減圧させる減圧手段である。なお、電気式膨張弁３４の絞り開度は、制御装置から出力される制御信号によって制御される。
【００２５】
電気式膨張弁３４の出口側には、蒸発器３５が接続されている。蒸発器３５は、電気式膨張弁３４にて減圧された低圧冷媒と送風ファン３５ａにより送風された外気（室外空気）とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。送風ファン３５ａは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００２６】
蒸発器３５の出口側には、蒸発器３５から流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるアキュムレータ３６が接続されている。さらに、アキュムレータ３６の気相冷媒出口には、圧縮機３２の吸入口が接続されている。
【００２７】
ヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２は、給湯水を流入させる入口ジョイント（流体入口部）４３ａが形成された入口配管４２ａ、および入口ジョイント４３ａから流入した給湯水を流出させる出口ジョイント（流体出口部）４３ｂが形成された出口配管４２ｂ等によって構成される。
【００２８】
入口配管４２ａの入口ジョイント４３ａには、タンクユニット２０側の出口配管４１ｂの端部が接続され、出口配管４１ｂから流出した給湯水が流入する。また、出口配管４２ｂの出口ジョイント４３ｂには、タンクユニット２０側の入口配管４１ａの端部が接続され、出口配管４２ｂから流出した給湯水がタンクユニット２０側の入口配管４１ａ側へ流出する。
【００２９】
さらに、入口配管４２ａには、入口ジョイント４３ａから流入した給湯水を吸入して、水−冷媒熱交換器３３の水通路３３ｂの入口側へ圧送する水ポンプ４４が配置されている。この水ポンプ４４は、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（水圧送能力）が制御される電動式の流体ポンプである。また、水−冷媒熱交換器３３の水通路３３ｂの出口側には、出口配管４２ｂが接続されている。
【００３０】
つまり、ヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２は、入口配管４２ａの入口ジョイント４３ａから流入した給湯水を水ポンプ４４に吸入させて、水ポンプ４４にて圧送された給湯水を、水−冷媒熱交換器２２の水通路３３ｂを介して出口配管４２ｂの出口ジョイント４３ｂから流出させる流体通路である。
【００３１】
従って、タンクユニット２０側の給湯水通路４１とヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２が接続されることによって形成される水循環回路４０では、給湯水が貯湯タンク２１→タンクユニット２０側の出口配管４１ｂ→ヒートポンプユニット３０側の入口配管４２ａ→水ポンプ４４→水−冷媒熱交換器３３の水通路３３ｂ→ヒートポンプユニット３０側の出口配管４２ｂ→タンクユニット２０側の入口配管４１ａ→貯湯タンク２１の順に循環する。
【００３２】
ここで、本実施形態の入口ジョイント４３ａおよび出口ジョイント４３ｂは、図２に示すように、ヒートポンプユニット３０の筐体の外部に配置されて、筐体の外部から目視可能に配置されている。さらに、入口ジョイント４３ａの内部には、給湯水に含まれる異物（石や砂利等）を捕集する図示しないストレーナが配置されている。
【００３３】
そして、入口ジョイント４３ａに形成されたストレーナ挿入用の穴は、図３のＡ部拡大図に示すように、板状（プレート状）の蓋部材４５がボルト４６によって締め付け固定されることによって閉塞されている。さらに、この蓋部材４５は樹脂にて形成されており、蓋部材４５には、水循環回路４０内の給湯水の圧力が予め定めた所定圧力以上となった際に破断する最弱部（薄肉部）４４ａが設けられている。
【００３４】
より具体的には、最弱部４５ａは、蓋部材４５の板厚を薄くすることによって形成されており、所定圧力としては、ヒートポンプ式給湯機１０の通常作動時における水循環回路４０内の給湯水の圧力より高い値であって、かつ、水ポンプ４４の耐圧および水−冷媒熱交換器３３の耐圧よりも低い値に設定されている。
【００３５】
つまり、本実施形態の蓋部材４５は、水循環回路４０内の給湯水（すなわち、ヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２内の給湯水）の圧力が予め定めた所定圧力以上となった際に破断する破断板となり、水循環回路４０内の給湯水の圧力を水循環回路４０の外部へ逃がす圧力逃がし部として機能する。
【００３６】
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置の出力側には、前述の温調弁、圧縮機３２、電気式膨張弁３４、送風ファン３５ａ、水ポンプ４４等が接続され、制御装置は、これらの各種制御対象機器の作動を制御する。
【００３７】
一方、制御装置の入力側には、貯湯タンク２１内に上下方向に並んで配置された複数個のタンク内水温センサ、水−冷媒熱交換器３３の水通路３３ｂ入口側の給湯水温度を検出する給湯水入口温度センサ、水通路３３ｂ出口側の給湯水温度を検出する給湯水出口温度センサ、冷媒通路３３ａ出口側の冷媒温度を検出する冷媒出口温度センサ、外気温を検出する外気温センサ等が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置へ入力される。      
【００３８】
さらに、制御装置の入力側には、図示しない操作パネルが接続されている。この操作パネルには、ヒートポンプ式給湯機１０の作動信号あるいは停止信号を出力する作動スイッチ、給湯水の沸上温度（目標加熱温度）を設定する温度設定スイッチ等が設けられ、これらのスイッチの操作信号が制御装置へ入力される。
【００３９】
次に、上記構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の作動を説明する。ヒートポンプ式給湯機１０に外部から電源が供給された状態で、操作パネルに設けられた給湯機の作動信号が制御装置に入力されると、制御装置が予め記憶回路に記憶している制御処理を実行する。
【００４０】
この制御処理では、ヒートポンプ式給湯機１０の作動停止が要求されるまで所定の周期毎に、操作パネルの操作信号およびセンサ群により検出された検出信号の読み込み→読み込まれた操作信号および検出信号に基づいて各種制御対象機器３２、３４、３５ａ、４３の作動状態の決定→各種制御対象機器への制御電圧および制御信号の出力といったルーチンが繰り返される。
【００４１】
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させると、圧縮機３２から吐出された高温高圧の吐出冷媒が、水−冷媒熱交換器３３の冷媒通路３３ａに流入して、水ポンプ４４によって貯湯タンク２１の下方側からタンクユニット２０側の出口配管４１ｂおよびヒートポンプユニット３０側の入口配管４２ａを介して水通路３３ｂへ圧送された給湯水と熱交換する。
【００４２】
これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、ヒートポンプユニット３０側の出口配管４２ｂおよびタンクユニット２０側の入口配管４１ａを介して貯湯タンク２１の上方側から流入して貯留される。貯湯タンク２１に貯湯された給湯水は、貯湯タンク２１の上部に設けられた出湯口から室内の調理場や風呂等に給湯される。
【００４３】
一方、水−冷媒熱交換器３３から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁３４にて減圧される。電気式膨張弁３４にて減圧された冷媒は、蒸発器３５へ流入し、送風ファン３５ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器３５から流出した冷媒は、圧縮機３２へ吸入されて再び圧縮される。
【００４４】
さらに、本実施形態のヒートポンプユニット３０では、入口配管４２ａの入口ジョイント４３ａに圧力逃がし部として機能する蓋部材４５を配置している。従って、水循環回路４０内の給湯水の圧力が所定圧力以上となった際に、蓋部材４５を破断させて給湯水の異常な圧力上昇を抑制することができる。これにより、水循環回路４０に配置される水ポンプ４４や水−冷媒熱交換器３３が、給湯水の圧力上昇によって破損してしまうことを防止できる。
【００４５】
また、蓋部材４５が、ヒートポンプユニット３０の筐体の外部に配置された入口ジョイント４３に固定されているので、蓋部材４５が破断していることを筐体の外部から容易に目視確認できる。そして、蓋部材４５が破断していることにより、水循環回路４０内の給湯水の圧力が異常上昇したことを容易に確認することができるので、施工業者に前述した止水バルブ２１ｃ、２１ｄの開け忘れを気付かせることもできる。
【００４６】
また、蓋部材４５が破断しても、蓋部材４５を交換することにより、タンクユニット２０側の給湯水通路４１とヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２との接続を解除する等の不必要な工事を招くことなく、ヒートポンプ式給湯機１０を通常作動可能な状態に復旧させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
本実施形態では、図４に示すように、第１実施形態の蓋部材４５の最弱部４５ａを廃止し、入口ジョイント４３に、リリーフ弁４７を配置した例を説明する。リリーフ弁４７は、給湯水の圧力が所定圧力以上となった際に開いて、給湯水の圧力を水循環回路４０の外部へ逃がす本実施形態の圧力逃がし部である。その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。
【００４８】
従って、本実施形態のヒートポンプユニット３０においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、水循環回路４０内の給湯水の圧力を低下させることによって、リリーフ弁４７が閉じるので、蓋部材４５の交換作業等を要することなく、ヒートポンプ式給湯機１０を通常作動可能な状態に復旧させることができる。
【００４９】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【００５０】
上述の各実施形態では、ヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２を構成する入口配管４２ａの入口ジョイント４３ａに圧力逃がし部（蓋部材４５およびリリーフ弁４７）を配置した例を説明したが、圧力逃がし部は、入口ジョイント４３ａから出口ジョイント４３ｂへ至るヒートポンプユニット３０側の給湯水通路４２のいずれかの部位に設けておけばよい。
【００５１】
例えば、出口ジョイント４３ｂに圧力逃がし部を設けてもよい。出口ジョイント４３ｂに圧力逃がし部を配置すれば、入口ジョイント４３ａに圧力逃がし部を配置した場合と同様にヒートポンプユニット３０の筐体の外部から水循環回路４０内の給湯水の圧力が異常上昇したことを容易に確認することができる。
【００５２】
また、上述の各実施形態では、ヒートポンプユニット３０をヒートポンプ式給湯機１０に適用した例を説明したが、ヒートポンプユニット３０の適用はこれに限定されない。例えば、加熱対象流体が不凍液等の熱媒体を採用し、この熱媒体を用いて室内を暖房する暖房装置や、室内の床面を加熱する床暖房装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
３０      ヒートポンプユニット
３１      ヒートポンプサイクル
４２ａ    入口配管
４２ｂ    出口配管
４３ａ    入口ジョイント
４３ｂ    出口ジョイント
４５      蓋部材
４７      リリーフ弁
【図１】
2013221701.tif 000003
【図２】
2013221701.tif 000004
【図３】
2013221701.tif 000005
【図４】
2013221701.tif 000006